為什么我們認為鈦合金是一種難加工材料？由于對其加工機理和現象缺少深入的認識。
| 1.鈦加工的物理現象 |
鈦合金加工時的切削力只是略高于同等硬度的鋼，但是加工鈦合金的物理現象比加工鋼要復雜得多，從而使鈦合金加工面臨巨大的困難。
大多數的鈦合金的熱導率很低，只有鋼的1/7，鋁的1/16。因此，在切削鈦合金進程中產生的熱量不會迅速傳遞給工件或被切屑帶走，而集聚在切削區域，所產生的溫度可高達1000℃以上，使刀具的刃口迅速磨損、崩裂和生成積屑瘤，快速出現磨損的刀刃，又使切削區域產生更多的熱量，進一步縮短刀具的壽命。
切削進程中產生的高溫同時破壞了鈦合金零件的表面完整性，導致零件幾何精度下降和出現嚴峻減少其疲勞強度的加工硬化現象。
鈦合金的彈性對零件性能來說可能是有益的，但是在切削進程中，工件的彈性變形是產生振動的重要原因。切削壓力使“彈性”的工件離開刀具和反彈，從而使刀具與工件之間摩擦現象大于切削作用。摩擦進程也會產生熱，加重了鈦合金導熱性不良問題。
加工薄壁或環形等易變形零件時，這個問題就更加嚴峻，將鈦合金薄壁零件加工到預期的尺寸精度不是一件容易的事。由于隨著工件材料被刀具推開時，薄壁的局部變形已經超出彈性范圍而產生塑性變形，切削點的材料強度和硬度明顯添加。此刻，按照原先確定的切削速度加工就變得過高，進一步導致刀具急劇磨損。
“熱”是鈦合金難加工的“罪魁禍首”！
| 2.加工鈦合金的工藝訣竅 |
在理解鈦合金加工機理的基礎上，加上以往的經驗，加工鈦合金的主要工藝訣竅如下：
⑴ 采用正角型幾何形狀的刀片，以減少切削力、切削熱和工件的變形。
⑵ 堅持恒定的進給以避免工件的硬化，在切削進程中刀具要始終處于進給狀態，銑削時徑向吃刀量ae應為半徑的30%。
⑶ 采用高壓大流量切削液，以保證加工進程的熱穩定性，防止因溫度過高導致工件表面變性和刀具損壞。
⑷ 堅持刀片刃口鋒利，鈍的刀具是熱集結和磨損的原因，容易導致刀具失效。
⑸ 盡可能在鈦合金最軟的狀態加工，由于淬硬后材料變得更難加工，熱處理提高了材料的強度并添加刀片的磨損。
⑹ 使用大的刀尖圓弧半徑或倒角切入，盡可能把更多的刀刃進入切削。這可以減少每一點的切削力和熱量，防止局部破損。在銑削鈦合金時，各切削參數中切削速度對刀具壽命vc的影響最大，徑向吃刀量（銑削深度）ae次之。
| 3.從刀片入手處理鈦加工難題 |
鈦合金加工時出現的刀片溝槽磨損是后面和前面在沿切削深度方向上的局部磨損，它往往是由于前期加工留下的硬化層所形成的。刀具與工件材料在加工溫度超過800℃的化學反應和擴散，也是形成溝槽磨損的原因之一。由于在加工進程中，工件的鈦分子在刀片的前面積聚，在高壓高溫下“焊接”到刀刃上，形成積屑瘤。當積屑瘤從刀刃上剝離時，將刀片的硬質合金涂層帶走，因此，鈦合金加工需要特殊的刀片材料和幾何形狀。
| 4.適合鈦加工的刀具結構 |
鈦合金加工的焦點是熱，很多高壓切削液要及時準確地噴射到切削刃上，才能夠快速地將熱量移除。市場上有專門用于鈦合金加工的銑刀獨特結構。
鈦與鈦合金的基本概念
鈦是一種金屬元素，化學符號Ti，原子序數22，外觀呈現銀白色金屬光澤。鈦的密度為4.51g/cm3，熔點為1668℃。
鈦有兩種同素異構體，α-Ti在882℃以下穩定，為密排六方晶格(hcp)結構；β-Ti在882℃與熔點之間穩定存在，具有體心立方晶格(bbc)結構。
鈦在自然界中分布很廣，約占地殼質量的6‰，是含量第十高的元素，在金屬世界里排行第七。鈦的礦物多達70多種，比較常見是鈦鐵礦Fe-TiO3、金紅石TiO2及釩鈦磁鐵礦等。鈦在海水中含量是1μg/L，在海底結核中也含有大量的鈦。除此之外，鈦還可以在隕石、煤灰、植物，甚至人體中找到。
鈦的產品主要是兩類：第一類是海綿鈦，它可以進一步加工制備各類鈦材；第二類是鈦白粉，是一種白色顏料，廣泛應用在涂料、油漆等化工行業中。
鈦精礦經冶煉成海綿鈦后，經過鑄錠可制成工業純鈦和鈦合金。
工業純鈦和鈦合金都有耐腐蝕、耐高溫和高比強度的特點。鈦合金因為添加了其他合金元素，比工業純鈦具有更多樣的性質和更廣泛的用途。
鈦與鈦合金在不同介質和不同溫度條件下都有良好的耐腐蝕性能。尤其是在海水中的抗蝕性比鋁合金、不銹鋼和鎳基合金都好。
鈦的耐蝕性能來自于鈍化。在大氣或水溶液中，鈦表面會立即形成一層保護很好的氧化膜（鈍化膜）。這層氧化膜有非常好的愈合性，被機械破損后能很快地（<0.1s）彌合修復形成新膜。溫度在315℃以下，鈦的氧化膜始終保持這一特性。
工業純鈦和鈦合金都能在高溫環境下保持良好的強度與性能。純鈦稍低，可在350℃以下穩定服役；鈦合金的工作溫度可達500℃甚至更高。
工業純鈦和鈦合金的比強度都很高。比強度指的是材料的強度與密度的比值。比強度高代表材料強度大而重量輕。這樣的特性在航空航天領域很受歡迎。
飛機或航天器常用材料有不銹鋼、鎳基合金和鋁合金等。與不銹鋼和鎳基合金相比，鈦合金的密度差不多只有它們的一半，質量更輕；與鋁合金只能在200℃以下工作相比，鈦合金更耐高溫。優勢十分明顯。
工業純鈦（純度達99.5%）實質上是一種低合金含量的鈦合金，含有氮、碳及鐵、硅等雜質元素。其退火組織為α組織。由于含有較多的雜質元素，其強度高于化學純鈦（純度高達99.9%，也叫高純鈦），接近高強鋁合金的水平，但和鈦合金比，強度仍然較低。
工業純鈦的力學性能和化學性能與不銹鋼較為相似。主要用作工作溫度350℃以下，受力不大但要求高塑性的沖壓件和耐蝕結構零件。
我國工業純鈦按其雜質含量的不同，分為TA0、TA1、TA2和TA3四個牌號。四種工業純鈦的間隙雜質元素是逐漸增加的，故其機械強度和硬度也隨之逐級增加，但塑性、韌性相應下降。工業上常用的工業純鈦是TA2，因其耐蝕性能和綜合力學性能適中。對耐磨和強度要求較高時可采用TA3。對要求較好的成型性能時可用TA1。
表 他國工業純鈦典型牌號
美國ASTM | Grade1(Gr1)、Grade2(Gr2)、 Grade3(Gr3)、Grade4(Gr4) |
日本JIS | Class1、Class2、Class3 |
英國IMI | 115、125、130、155、160 |
德國DIN | 3.7025、3.7035、3.7055、3.7065 |
鈦合金是以鈦元素為基礎加入其它元素的合金。加入的合金元素有Al、Mo、Cr、Sn、Mn、V等。
世界上已研制出的鈦合金有數百種，其中最著名是美國1954年研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐熱性、強度、塑性、韌性、成形性、可焊性、耐蝕性和生物相容性均較好，而成為鈦合金工業中的王牌合金，該合金使用量已占全部鈦合金的75%～85%。其他許多鈦合金都可以看作是Ti-6Al-4V合金的改型。
鈦合金的比重、強度和使用溫度介于鋁和鋼之間，但比鋁、鋼強度高并具有優異的抗海水腐蝕性能和超低溫性能。鈦合金最廣泛的應用是作為航空航天工業中重要結構材料。
鈦合金可按退火組織分為三類：α鈦合金、β鈦合金、α+β鈦合金（還包括含有少量β相的近α合金）。α鈦合金代號為TA，β鈦合金代號為TB，α+β鈦合金代號為Motor。三種鈦合金中最常用的是α鈦合金和α+β鈦合金；α鈦合金的切削加工性最好，α+β鈦合金次之，β鈦合金最差。
鈦合金也可按用途分為耐熱合金、高強合金、耐蝕合金（鈦-鉬，鈦-鈀合金等）、低溫合金以及特殊功能合金（鈦-鐵貯氫材料和鈦-鎳記憶合金）等。
性能：
室溫強度低，高溫強度高；良好的抗氧化性、耐蝕性和焊接性；不能熱處理強化，退火態使用。
牌號：
TA4、TA5、TA6、TA7、TA8等。常用有TA5和TA7，以TA7為最常用。TA7還具有良好的低溫性能。
用途：
可在500℃以下使用，如火箭飛船的低溫高壓容器，航空發動機的葉片和管道，導彈燃料缸等。TA5主要用于制造船艦零件。
性能：
可熱處理強化，有較高的強度，焊接性能和壓力加工性能良好；但性能不夠穩定，熔煉工藝復雜，故應用不如α型、α+β型鈦合金廣泛。
牌號：
有TB1、TB2和TB3，實際應用的為TB2。TB2合金一般在固溶處理狀態下交貨，在固溶、時效后使用。
用途：
可在350℃以下工作，如壓氣機葉片、輪盤、軸類等重載荷旋轉件，以及飛機的構件等。
性能：
具有α型和β型的優點，大部分可熱處理強化，焊接性能不如α型。
牌號：
Motor1~Motor11，常用有Motor3、Motor4、Motor6、Motor9、Motor10。Motor4就是美國的Ti-6Al-4V，最為常用。Motor10是在Motor4基礎上發展起來，有更高的強度和耐熱性。
用途：
400℃以下工作的航空發動機壓氣機葉片，火箭發動機外殼，導彈液氫燃料箱部件，船艦耐壓殼體。
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